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數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

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1.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)容

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)流在加工過(guò)程中產(chǎn)生的臨時(shí)文件或加工過(guò)程中需要查找的信息。數(shù)據(jù)以某種格式記錄在計(jì)算機(jī)內(nèi)部或外部存儲(chǔ)介質(zhì)上。常用的存儲(chǔ)介質(zhì)為磁盤(pán)和磁帶。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組織方式因存儲(chǔ)介質(zhì)而異。在磁帶上數(shù)據(jù)僅按順序文件方式存??;在磁盤(pán)上則可按使用要求采用順序存取或直接存取方式。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式與數(shù)據(jù)文件組織密切相關(guān),其關(guān)鍵在于建立記錄的邏輯與物理順序間對(duì)應(yīng)關(guān)系,確定存儲(chǔ)地址,以提高數(shù)據(jù)存取速度。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要命名,這種命名要反映信息特征的組成含義。數(shù)據(jù)流反映了系統(tǒng)中流動(dòng)的數(shù)據(jù),表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的特征;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)反映系統(tǒng)中靜止的數(shù)據(jù),表現(xiàn)出靜態(tài)數(shù)據(jù)的特征。

廣泛應(yīng)用的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器可以存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù),但只能在室溫下使用大約10年的時(shí)間。這是因?yàn)橛脖P(pán)的磁能勢(shì)壘較低,因此在一段時(shí)間后,其上面儲(chǔ)存的信息就會(huì)逐漸丟失。CD和DVD光盤(pán)、紙張、磁帶、陶瓷、泥版和石頭等介質(zhì)的壽命也是有限的。

2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式

  • DAS(Direct Attached Storage)直接附加存儲(chǔ)

  DAS這種存儲(chǔ)方式與我們普通的PC存儲(chǔ)架構(gòu)一樣,外部存儲(chǔ)設(shè)備都是直接掛接在服務(wù)器內(nèi)部總線上,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備是整個(gè)服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分。DAS存儲(chǔ)方式主要適用以下環(huán)境:

  (1)小型網(wǎng)絡(luò):因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小,且也不是很復(fù)雜,采用這種存儲(chǔ)方式對(duì)服務(wù)器的影響不會(huì)很大。并且這種存儲(chǔ)方式也十分經(jīng)濟(jì),適合擁有小型網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)用戶。

  (2)地理位置分散的網(wǎng)絡(luò):雖然企業(yè)總體網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大,但在地理分布上很分散,通過(guò)SAN或NAS在它們之間進(jìn)行互聯(lián)非常困難,此時(shí)各分支機(jī)構(gòu)的服務(wù)器也可采用DAS存儲(chǔ)方式,這樣可以降低成本。

  (3)特殊應(yīng)用服務(wù)器:在一些特殊應(yīng)用服務(wù)器上,如微軟的集群服務(wù)器或某些數(shù)據(jù)庫(kù)使用的原始分區(qū),均要求存儲(chǔ)設(shè)備直接連接到應(yīng)用服務(wù)器。

  (4)提高DAS存儲(chǔ)性能:在服務(wù)器與存儲(chǔ)的各種連接方式中,DAS曾被認(rèn)為是一種低效率的結(jié)構(gòu),而且也不方便進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)。直連存儲(chǔ)無(wú)法共享,因此經(jīng)常出現(xiàn)的情況是某臺(tái)服務(wù)器的存儲(chǔ)空間不足,而其他一些服務(wù)器卻有大量的存儲(chǔ)空間處于閑置狀態(tài)卻無(wú)法利用。如果存儲(chǔ)不能共享,也就談不上容量分配與使用需求之間的平衡。

  DAS結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)保護(hù)流程相對(duì)復(fù)雜,如果做網(wǎng)絡(luò)備份,那么每臺(tái)服務(wù)器都必須單獨(dú)進(jìn)行備份,而且所有的數(shù)據(jù)流都要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸。如果不做網(wǎng)絡(luò)備份,那么就要為每臺(tái)服務(wù)器都配一套備份軟件和磁帶設(shè)備,所以說(shuō)備份流程的復(fù)雜度會(huì)大大增加。想要擁有高可用性的DAS存儲(chǔ),就要首先能夠降低解決方案的成本,例如:LSI的12Gb/s SAS,在它有DAS直聯(lián)存儲(chǔ),通過(guò)DAS能夠很好的為大型數(shù)據(jù)中心提供支持。對(duì)于大型的數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù),所有這一切都對(duì)DAS存儲(chǔ)性能提出了更高的要求,云和企業(yè)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的爆炸性增長(zhǎng)也推動(dòng)了市場(chǎng)對(duì)于可支持更高速數(shù)據(jù)訪問(wèn)的高性能存儲(chǔ)接口的需求,因而LSI 12Gb/s SAS正好是能夠滿足這種性能增長(zhǎng)的要求,它可以提供更高的IOPS和更高的吞吐能力,12Gb/s SAS提高了更高的寫(xiě)入的性能,并且提高了RAID的整個(gè)綜合性能。

  與直連存儲(chǔ)架構(gòu)相比,共享式的存儲(chǔ)架構(gòu),比如SAN(storage-area network)或者 NAS(network-attached storage)都可以較好的解決以上問(wèn)題。于是乎我們看到DAS被淘汰的進(jìn)程越來(lái)越快了。到目前為止,DAS仍然是服務(wù)器與存儲(chǔ)連接的一種常用的模式。事實(shí)上,DAS不但沒(méi)有被淘汰。

  • NAS(Network Attached Storage)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

  NAS(網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ))方式則全面改進(jìn)了以前低效的DAS存儲(chǔ)方式。NAS是通過(guò)網(wǎng)線連接的磁盤(pán)陣列,具備磁盤(pán)陣列的所有主要特征:高容量、高效能、高可靠。NAS是部件級(jí)的存儲(chǔ)方法。NAS將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接到一群計(jì)算機(jī)上,所以NAS可以無(wú)需服務(wù)器直接上網(wǎng),不依賴通用的操作系統(tǒng),而是采用一個(gè)面向用戶設(shè)計(jì)的、專(zhuān)門(mén)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的簡(jiǎn)化操作系統(tǒng),內(nèi)置了與網(wǎng)絡(luò)連接所需的協(xié)議,因此使整個(gè)系統(tǒng)的管理和設(shè)置較為簡(jiǎn)單。是真正即插即用的產(chǎn)品,并且物理位置靈活,可放置在工作組內(nèi),也可放在其他地點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)連接。它采用獨(dú)立于服務(wù)器,單獨(dú)為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而開(kāi)發(fā)的一種文件服務(wù)器來(lái)連接所存儲(chǔ)設(shè)備,自形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)就不再是服務(wù)器的附屬,而是作為獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)而存在于網(wǎng)絡(luò)之中,可由所有的網(wǎng)絡(luò)用戶共享。NAS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式是基于現(xiàn)有的企業(yè)Ethernet而設(shè)計(jì)的,按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信,以文件的I/O方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。NAS的優(yōu)點(diǎn):

  (1)真正的即插即用。NAS是獨(dú)立的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)存在于網(wǎng)絡(luò)之中,與用戶的操作系統(tǒng)平臺(tái)無(wú)關(guān),真正的即插即用。

  (2)存儲(chǔ)部署簡(jiǎn)單。NAS不依賴通用的操作系統(tǒng),而是采用一個(gè)面向用戶設(shè)計(jì)的,專(zhuān)門(mén)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的簡(jiǎn)化操作系統(tǒng),內(nèi)置了與網(wǎng)絡(luò)連接所需要的協(xié)議,因此使整個(gè)系統(tǒng)的管理和設(shè)置較為簡(jiǎn)單。

  (3)存儲(chǔ)設(shè)備位置非常靈活。

  (4)管理容易且成本低。

  NAS的缺點(diǎn):(1)存儲(chǔ)性能較低。(2)可靠度不高。

  • SAN(Storage Area Network)存儲(chǔ)方式

  1991年,IBM公司在S/390服務(wù)器中推出了ESCON(Enterprise System Connection)技術(shù)。它是基于光纖介質(zhì),最大傳輸速率達(dá)17MB/s的服務(wù)器訪問(wèn)存儲(chǔ)器的一種連接方式。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步推出了功能更強(qiáng)的ESCON Director(FC SWitch),構(gòu)建了一套最原始的SAN系統(tǒng)。 SAN存儲(chǔ)方式創(chuàng)造了存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)化。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)化順應(yīng)了計(jì)算機(jī)服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)。SAN的支撐技術(shù)是光纖通道(FC Fiber Channel)技術(shù)。它是ANSI為網(wǎng)絡(luò)和通道I/O接口建立的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集成。FC技術(shù)支持HIPPI、IPI、SCSI、IP、ATM等多種高級(jí)協(xié)議,其最大特性是將網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通信協(xié)議與傳輸物理介質(zhì)隔離開(kāi),這樣多種協(xié)議可在同一個(gè)物理連接上同時(shí)傳送。SAN的硬件基礎(chǔ)設(shè)施是光纖通道,用光纖通道構(gòu)建的SAN由以下三個(gè)部分組成:

  (1)存儲(chǔ)和備份設(shè)備:包括磁帶、磁盤(pán)和光盤(pán)庫(kù)等。

  (2)光纖通道網(wǎng)絡(luò)連接部件:包括主機(jī)總線適配卡、驅(qū)動(dòng)程序、光纜、集線器、交換機(jī)、光纖通道和SCSI間的橋接器

  (3)應(yīng)用和管理軟件:包括備份軟件、存儲(chǔ)資源管理軟件和存儲(chǔ)設(shè)備管理軟件。

  SAN的優(yōu)勢(shì):

  1. 網(wǎng)絡(luò)部署容易;

  2. 高速存儲(chǔ)性能。因?yàn)镾AN采用了光纖通道技術(shù),所以它具有更高的存儲(chǔ)帶寬,存儲(chǔ)性能明顯提高。SAn的光纖通道使用全雙工串行通信原理傳輸數(shù)據(jù),傳輸速率高達(dá)1062.5Mb/s。

  3. 良好的擴(kuò)展能力。由于SAN采用了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),擴(kuò)展能力更強(qiáng)。光纖接口提供了10公里的連接距離,這使得實(shí)現(xiàn)物理上分離,不在本地機(jī)房的存儲(chǔ)變得非常容易。

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式比較

    DAS、NAS和SAN三種存儲(chǔ)方式比較 存儲(chǔ)應(yīng)用最大的特點(diǎn)是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu),這三種存儲(chǔ)方式共存,互相補(bǔ)充,已經(jīng)很好滿足企業(yè)信息化應(yīng)用。

  從連接方式上對(duì)比,DAS采用了存儲(chǔ)設(shè)備直接連接應(yīng)用服務(wù)器,具有一定的靈活性和限制性;NAS通過(guò)網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP,ATM,FDDI)技術(shù)連接存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器,存儲(chǔ)設(shè)備位置靈活,隨著萬(wàn)兆網(wǎng)的出現(xiàn),傳輸速率有了很大的提高;SAN則是通過(guò)光纖通道(Fibre Channel)技術(shù)連接存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器,具有很好的傳輸速率和擴(kuò)展性能。三種存儲(chǔ)方式各有優(yōu)勢(shì),相互共存,占到了磁盤(pán)存儲(chǔ)市場(chǎng)的70%以上。SAN和NAS產(chǎn)品的價(jià)格仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DAS。

  SAN和NAS可共存于一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的,但NAS通過(guò)一個(gè)公共的接口實(shí)現(xiàn)空間的管理和資源共享,SAN僅是為服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)提供一個(gè)專(zhuān)門(mén)的快速后方通道,在空間的利用上,SAN和NAS也有截然不同之處,SAN是只能獨(dú)享的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池,NAS是共享與獨(dú)享兼顧的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池。因此,NAS與SAN的關(guān)系也可以表述為:NAS是網(wǎng)絡(luò)外掛式,而SAN是通道外掛式。區(qū)分SAN與NAS最簡(jiǎn)單的方法是想想二者在技術(shù)上是如何實(shí)施的。NAS通常是一個(gè)服務(wù)器群:應(yīng)用服務(wù)器、郵件服務(wù)器等等,存儲(chǔ)設(shè)備易于附加在這個(gè)系統(tǒng)上。SAN多部署于電子商務(wù)應(yīng)用中,大量的數(shù)據(jù)備份和其它業(yè)務(wù)需要在網(wǎng)上頻繁地存儲(chǔ)和傳輸;SAN可以從你的主網(wǎng)上卸掉大量的數(shù)據(jù)流量,可以使以太網(wǎng)從數(shù)據(jù)擁塞中解脫出來(lái)。在技術(shù)上比較,SAN高效可擴(kuò),NAS簡(jiǎn)單靈活??陀^的說(shuō),SAN和NAS系統(tǒng)已經(jīng)可以利用類(lèi)似自動(dòng)精簡(jiǎn)配置(thin provisioning)這樣的技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)早期存儲(chǔ)分配不靈活的短板。然而,之前它們消耗了太多的時(shí)間來(lái)解決存儲(chǔ)分配的問(wèn)題,以至于給DAS留有足夠的時(shí)間在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟。此外,SAN和NAS依然問(wèn)題多多,至今無(wú)法解決。

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